间距和埋深对双丝拉拔过程影响的细观力学研究

发布时间：2017-10-18 12:05

  本文关键词：间距和埋深对双丝拉拔过程影响的细观力学研究

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【摘要】：纤维增强混凝土(Fiber Reinforced Concrete,FRC)是土木工程领域中应用广泛的复合材料,通过往混凝土中添加不同种类的纤维能有效提高混凝土的整体工作性能。混凝土水化过程中,纤维与混凝土之间发生一系列化学物理反应,形成了力学性能与纤维及混凝土力学性能完全不同的新相,即界面相。界面相的力学性能影响构件宏观力学性能。表征界面力学性能的方法多种多样,其中以单丝拉拔法应用广泛。单丝拉拔法能表征某一构件的界面力学性能。而双丝拉拔试验是多丝拉拔试验的基础,研究双丝拉拔过程对研究多丝纤维增强混凝土破裂机理具有重要意义。现有的拉拔理论研究及数值模拟研究大多建立在材料均匀性及轴对称模型的理想假设下,没有考虑水泥砂浆、骨料、纤维及界面的相互影响。本文在考虑材料细观非均匀性的前提下,通过RFPA~(2D)(Realistic Failure Process Analysis)系统建立了二维双丝拉拔数值模拟模型,模型中包含了水泥砂浆、钢丝、骨料及界面等各相材料。并利用通用有限元软件ANSYS强大的建模功能建立三维双丝拉拔模型,再把模型导入到RFPA~(3D)系统中进行高性能并行计算,研究了界面控制下间距及埋深变化对双丝拉拔构件力学性能影响。同时也研究了界面均质度变化对单丝拉拔构件力学性能影响。在物理实验研究上,开展了双丝(筋)拉拔物理实验,研究了双丝(筋)拔出过程荷载-位移关系。本文主要研究内容有:(1)以间距为变量,建立了双丝拉拔的二维及三维数值模拟模型,分析了双丝间距对拉拔构件力学性能的影响。研究表明,双丝间距变化对拉拔构件的峰值荷载影响较大,峰值荷载随双丝间距增大而增大。拉拔韧性随双丝间距增大呈现先增后减的趋势。双丝间距变化对拉拔过程构件损伤破坏及应力分布影响显著。(2)以埋深为变量,建立了双丝拉拔的二维及三维数值模拟模型,研究了埋深变化对双丝拉拔构件力学性能的影响。研究表明,双丝埋深变化对基体损伤破坏影响显著,随着双丝埋深增加,基体损伤量增加,声发射计数亦显著增加。双丝埋深增大,构件峰值荷载及拉拔韧性均增大。双丝埋深变化显著影响构件破坏模式及应力演变情况。(3)开展了双丝(筋)拉拔物理实验,获得了双丝(筋)拉拔过程的荷载-位移曲线关系,为理论分析与数值模拟研究提供一定参考价值。(4)建立了基于界面均质度变化的单丝拉拔数值模型,研究了界面均质度变化对单丝拉拔构件力学性能的影响。研究表明,界面均质度提高,构件峰值荷载增大,声发射总数提高。均质度变化对构件损伤影响明显,均质度提高,构件损伤量增加。界面均质度小,构件表现出良好韧性;界面均质度增大,构件脆性增大。界面均质度小,有利于缓冲基体内部应力集中及调节应力重分布。
【关键词】：双丝拉拔 界面 拉拔韧性 声发射 均质度
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528.572
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 相关研究背景12-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 界面力学模型简介13-15
• 1.2.2 界面力学物理实验表征简介15
• 1.2.3 数值模拟研究简介15-16
• 1.3 本文研究工作及创新点16-19
• 1.3.1 研究内容简述16-17
• 1.3.2 本文的创新点简述17-19
• 第二章 纤维增强混凝土拉拔过程细观力学数值模型19-26
• 2.1 数值模型计算原理19-22
• 2.1.1 材料的细观非均匀性19-21
• 2.1.2 材料的损伤本构关系21
• 2.1.3 材料破坏准则简述21-22
• 2.2 二维及三维双丝拔出数值模拟模型22-25
• 2.3 数值模拟计算流程简述25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 间距对双丝拉拔构件力学性能的影响26-48
• 3.1 间距影响二维双丝拔出数值模拟研究26-40
• 3.1.1 二维双丝拉拔数值模型26-27
• 3.1.2 双丝拔出破坏过程与剪应力光弹图分析27-32
• 3.1.3 间距控制下沿界面剪应力分布研究32-36
• 3.1.4 间距控制下双丝拉拔增强增韧机理研究36-38
• 3.1.5 声发射行为研究38-40
• 3.2 间距影响三维双丝拔出数值模拟研究40-47
• 3.2.1 间距控制下三维双丝构件拉拔过程应力分析41
• 3.2.2 间距控制下三维双丝构件拉拔过程破坏分析及声发射演化分析41-47
• 3.3 本章小结47-48
• 第四章 埋深对双丝拉拔构件力学性能影响48-69
• 4.1 双丝埋深对拉拔构件力学性能影响48-60
• 4.1.1 双丝埋深数值模型建立48-49
• 4.1.2 埋深控制损伤破坏过程及剪应力分布分析49-53
• 4.1.3 埋深控制下沿界面剪应力分布研究53-56
• 4.1.4 埋深控制下双丝拉拔增强增韧机理研究56-58
• 4.1.5 声发射行为研究58-60
• 4.2 埋深控制三维双丝拉拔数值模拟研究60-68
• 4.2.1 三维双丝构件拉拔过程应力分析60-61
• 4.2.2 埋深控制下三维双丝构件拉拔破裂分析、增强增韧机理及声发射演化61-65
• 4.2.3 声发射行为研究65-68
• 4.3 本章小结68-69
• 第五章 双丝（筋）拉拔物理实验初探69-79
• 5.1 实验模具设计69-73
• 5.2 双丝（筋）试件制作过程73-74
• 5.3 实验原理及加载过程74-75
• 5.4 实验结果讨论及分析75-78
• 5.5 结论78-79
• 第六章 界面均质度对混凝土单丝拉拔性能影响79-95
• 6.1 二维数值模拟原理及模型建立79-80
• 6.2 二维数值模拟结果讨论80-86
• 6.3 界面均质度变化的三维数值模拟研究86-94
• 6.3.1 数值模拟模型建立86-87
• 6.3.2 数值模拟结果87-94
• 6.4 结论94-95
• 第七章 结论与展望95-98
• 7.1 结论95-96
• 7.2 展望96-98
• 参考文献98-104
• 附录A 攻读硕士学位期间发表学术论文情况104-105
• 致谢105

【参考文献】

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本文编号：1054819